Aparato para formar un chorro de fluido a alta presión a través de un orificio llevado por una montura (11) de orifico,

comprendiendo el aparato:

una cabeza de corte (22) que tiene un ánima (23) longitudinal que se extiende a través de la misma a lo largo de un eje (24) longitudinal, una primera región del ánima formando una pared troncocónica (26) en la cabeza de corte (22); y un cuerpo de boquilla (37) acoplado a la cabeza de corte (22) y configurada para proporcionar el fluido a alta presión a la cabeza de corte (22), teniendo el cuerpo de boquilla (37) un ánima (38) que se extiende a través del mismo a lo largo de un eje longitudinal (39), la pared troncocónica (26) del ánima (23) de la cabeza de corte que converge aguas abajo y configurada para ser colocada adyacente a una superficie externa troncocónica (12) de la montura (11) de orificio para soportar la montura de orificio, caracterizado porque una relación entre la longitud (68) de la pared troncocónica (26) de la cabeza de corte (22) y el diámetro (70) del ánima (38) del cuerpo de boquilla (37) es entre 5,1 mm y 11,9 mm (entre 0,2 pulgadas y 0,47 pulgadas)

Aparato para generar un chorro de fluido a alta presión.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un aparato para generar un chorro de fluido a alta presión, incluyendo un aparato para generar un chorro de agua abrasivo a alta presión de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 7, y a una cabeza de corte que contiene una montura de orificio. Tal aparato se conoce por el documento US 5.643. 058.

Los chorros de fluido a alta presión, incluyendo chorros de agua abrasivos a alta presión, se utilizan para cortar una amplia variedad de materiales en muy diversas industrias. Un sistema de este tipo es mostrado y descrito en la Patente de EE.UU. Nº 5.643.058. de Flow. En tales sistemas, el fluido a alta presión, típicamente agua, fluye a través de un orificio existente en una cabeza de corte para formar un chorro a alta presión. Si se desea, se suministran partículas abrasivas a una cámara de mezcla y éstas son arrastradas por el chorro a medida que el chorro fluye a través de la cámara de mezcla y de un tubo de mezcla. El chorro de agua abrasivo a alta presión es descargado desde el tubo de mezcla y dirigido hacia una pieza de trabajo con el fin de cortar la pieza de trabajo a lo largo de un recorrido seleccionado.

Se dispone en la actualidad de diversos sistemas para desplazar un chorro de fluido a alta presión a lo largo de un recorrido seleccionado. Se hace referencia comúnmente a tales sistemas como máquinas de dos ejes, de tres ejes y de cinco ejes.

Las máquinas de tres ejes convencionales montan el conjunto de cabeza de corte en un cabezal que imparte un movimiento vertical a lo largo del eje Z, es decir, hacia la pieza de trabajo y en alejamiento de ésta. El cabezal, a su vez, está montado en un puente por medio de un carro, de tal manera que el carro es libre de desplazarse paralelamente a un eje longitudinal del puente, dentro de un plano horizontal. El puente está montado de forma deslizante sobre uno o más raíles para desplazarse en una dirección perpendicular al eje longitudinal del puente. De esta manera, el chorro de fluido a alta presión generado por el conjunto de cabeza de corte es desplazado a lo largo del recorrido deseado de un plano X-Y, y es elevado y hecho descender con respecto a la pieza de trabajo, como puede ser deseable. Las máquinas de cinco ejes convencionales trabajan de una manera similar, pero hacen posible el movimiento alrededor de dos ejes de rotación adicionales, típicamente en torno a un eje horizontal y un eje vertical.

Los presentes solicitantes creen que es deseable y posible proporcionar un sistema para generar un chorro de fluido a alta velocidad, en el que se mejore la precisión del conjunto. La presente invención proporciona dicho sistema.

Breve sumario de la invención

Para lograr el objetivo anterior, se proporciona un sistema mejorado para generar un chorro de fluido a alta presión, por ejemplo un chorro de agua abrasivo a alta presión de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 7.

Más concretamente, el aparato mejorado incluye un conjunto de cabeza de corte que lleva un orifico y una montura de orificio para generar un chorro de fluido a alta presión, y un tubo de mezcla colocado dentro del cuerpo de la cabeza de corte aguas abajo del orificio. La cabeza de corte está acoplada a una fuente de fluido de alta presión a través de un cuerpo de boquilla, y puede estar acoplada también a una fuente de agente abrasivo, a fin de generar un chorro de fluido abrasivo a alta presión o a alta velocidad, tal y como se conoce en la técnica.

La montura de orificio tiene una superficie externa troncocónica que se asienta contra una pared troncocónica correspondiente formada en un ánima de la cabeza de corte. Tal y como se ha descrito anteriormente en la Patente norteamericana Nº 5.643.058, es deseable que la superficie troncocónica de la montura de orificio forme un ángulo inscrito de entre 55º y 80º. Sin embargo, los presentes solicitantes han mejorado el comportamiento de la montura de orificio al reducir la longitud de la superficie troncocónica, de tal manera que se reduce una distancia radial entre el punto medio de la superficie troncocónica y el eje longitudinal o línea central de la montura de orificio, en comparación con las monturas previamente disponibles. La longitud de la superficie de apoyo troncocónica correspondiente en la cabeza de corte también se ha reducido, en comparación con los sistemas convencionales, y, en una realización preferida, es menor que la longitud de la superficie troncocónica de la montura de orificio. Minimizando la distancia entre el eje longitudinal del conjunto, que se corresponde con el eje longitudinal o línea central de la montura de orificio y la cabeza de corte, y los puntos centrales de las superficies de apoyo de la cabeza de corte y la montura de orificio, se reduce la desviación de la montura bajo presión. Se maximiza también una distancia entre el punto medio de la superficie troncocónica de la montura de orificio y una superficie superior de la montura de orificio, al objeto de incrementar la estabilidad de la montura de orificio bajo presión. Al proporcionar un aparato de acuerdo con la presente invención, las características de desgaste y la precisión del conjunto se ven mejoradas, con lo que se reduce el coste y se mejora el comportamiento global del sistema.

Existe un collar fijado rígidamente en una superficie externa del tubo de mezcla, dentro de una región superior del tubo de mezcla. El ánima de la cabeza de corte forma un hombro aguas abajo de una cámara de mezcla existente en la cabeza de corte, y se expande hacia fuera, desde un punto situado aguas abajo del hombro hasta el extremo más alejado o distal de la cabeza de corte. El collar situado sobre el tubo de mezcla se ha dimensionado de manera que se deslice hacia arriba, a través del ánima de la cabeza de corte, y se asiente contra el hombro de la cabeza de corte. Debido a que el collar está fijado rígidamente a la superficie externa del tubo de mezcla, sitúa el tubo de mezcla en una posición específica longitudinal seleccionada cuando el collar se coloca enfrentado al hombro, con lo que se impide que el tubo de mezcla sea insertado más al interior de la cabeza de corte.

El collar puede ser cilíndrico y estar soportado por un anillo que se encuentra situado en torno al tubo de mezcla e insertado en el extremo expandido del ánima de la cabeza de corte. Alternativamente, el collar puede ser sustancialmente troncocónico, de tal manera que, además de asentarse contra el hombro, sea coincidente con la superficie troncocónica del ánima, por lo que sitúe el tubo de mezcla tanto longitudinal como radialmente. De esta manera, el tubo de mezcla puede ser situado de forma precisa dentro de la cabeza de corte, por lo que se elimina por completo la necesidad de un pasador, un elemento de inserción u otro dispositivo conocido en la técnica para situar enfrentadamente el tubo de mezcla. De esta manera, la fabricación es más simple y eficaz en cuanto al coste, y el volumen de la cámara de mezcla no se ve afectado por un pasador o elemento de inserción, etc. Por otra parte, se comprenderá que el collar puede estar fijado rígidamente a una superficie externa del tubo de mezcla en cualquier lugar deseado a lo largo de la longitud del tubo de mezcla, con lo que se permite que la entrada al tubo de mezcla se sitúe de forma selectiva y con precisión. De esta manera, es posible adaptar el funcionamiento del sistema para optimizar el comportamiento ante cambios en parámetros de funcionamiento conocidos, tales como el tamaño del agente abrasivo, el tipo de agente abrasivo, el tamaño y la posición del orificio, la presión del fluido y el caudal del fluido.

Se proporciona fluido a alta presión al sistema a través de un cuerpo de boquilla acoplado a la cabeza de corte. Con el fin de mejorar la precisión del conjunto del cuerpo de boquilla con la cabeza de corte, el ánima de la cabeza de corte está dotada de superficies piloto tanto aguas arriba como aguas abajo de los filetes de rosca existentes en el ánima de la cabeza de corte. De la misma manera, una superficie externa del cuerpo de boquilla se ha dotado de filetes de rosca y superficies piloto correspondientes aguas arriba y aguas abajo de los filetes de rosca del cuerpo de boquilla. De esta manera, las superficies piloto de la cabeza de corte se acoplan a las superficies piloto correspondientes del cuerpo de boquilla cuando se acoplan los filetes de rosca del cuerpo de boquilla y de la cabeza de...

1. Aparato para formar un chorro de fluido a alta presión a través de un orificio llevado por una montura (11) de orifico, comprendiendo el aparato:

2. El aparato según la reivindicación 1 en el que una segunda región del ánima (23) de la cabeza de corte (22) está provista de una pluralidad de filetes de rosca (30), y el ánima (23) de la cabeza de corte (22) define una primera pared piloto (31) aguas arriba de los filetes de rosca (30) y una segunda pared piloto (32) aguas abajo de los filetes de rosca (30) y longitudinalmente espaciada de la primera pared piloto (31), y en donde una región inferior del cuerpo de boquilla (37) está provista de una pluralidad de filetes de rosca (41) de cuerpo de boquilla, una tercera pared piloto (42) aguas arriba de los filetes de rosca (41) de cuerpo de boquilla y una cuarta pared piloto (43) aguas abajo de los filetes de rosca (41) de cuerpo de boquilla y longitudinalmente espaciada de la tercera pared piloto (42), acoplándose la primera y la segunda paredes piloto (31, 32) de la cabeza de corte (22), respectivamente, con la tercera y cuarta paredes piloto (42, 43) del cuerpo de boquilla (37), cuando los filetes de rosca (40) de cuerpo de boquilla se acoplan con los filetes de rosca en el ánima de la cabeza de corte (22).

3. El aparato según la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, que comprende además:

4. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que además comprende:

5. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que además comprende:

6. El aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la cabeza de corte (22) está provista de un orificio de ventilación o respiradero (35) que se extiende lateralmente desde una superficie externa (36) de la cabeza de corte (22) hasta el ánima (23) de la cabeza de corte (22).

7. Aparato para formar un chorro de fluido a alta presión, que comprende: